1電子系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)

1、1、電子系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)、電子系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)1.1電子設(shè)計概述1.2現(xiàn)代電子設(shè)計的特點1.3電子系統(tǒng)的設(shè)計步驟1.4電子系統(tǒng)設(shè)計方法1.5系統(tǒng)設(shè)計與系統(tǒng)仿真技術(shù)1.6板卡設(shè)計與板卡仿真技術(shù)1.7芯片設(shè)計與仿真技術(shù)1.8電子系統(tǒng)綜合設(shè)計概述1.9專用數(shù)字集成電路綜合設(shè)計概述1.11.1電子設(shè)計概述電子設(shè)計概述電子系統(tǒng)分為模擬型、數(shù)字型及兩者兼而有之的混合型三種，無論哪一種電子系統(tǒng)，它們都是能夠完成某種任務(wù)的電子設(shè)備。通常把規(guī)模較小、功能單一的電

2、子系統(tǒng)稱為單元電路實際應(yīng)用中的電子系統(tǒng)由若干單元電路構(gòu)成。一般的電子系統(tǒng)由輸入、輸出、信息處理三大部分組成，用來實現(xiàn)對信息的采集處理、變換與傳輸功能。圖1.1.1為電子系統(tǒng)基本組成方框圖。圖1.1.1電子系統(tǒng)方框圖從系統(tǒng)的角度看電子系統(tǒng)是能按特定的控制信號，執(zhí)行所設(shè)想的功能，由一組元件(通常是電子元件)聯(lián)成的一個整體。這樣，很多東西，譬如從單級放大器到最復(fù)雜的計算機都可以稱為一個電子系統(tǒng)。我們可以將很多元件集成為一個功能單元，再用若干個

3、功能單元去描述一個系統(tǒng)。在認識、理解與設(shè)計電子系統(tǒng)的過程中，這樣的功能單元常常不用給出詳細的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而只需從輸入輸出特性去描述，這就需要用到黑箱分析法。黑箱辨識方法是系統(tǒng)科學中的主要方法之一。人們在從事科學研究時，常常會遇到一些需要認識或控制的系統(tǒng)(稱為客體)。由于種種條件限制，這些客體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和機理尚不能或不便被直接觀察到，仿若一個不透明的密封箱子，將這種客體稱為黑箱(B1ackBox)是極其形象的。所謂黑箱辨識方法，就是通過考察

4、黑箱的輸入、輸出及其動態(tài)過程，而不是通過直接考察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，來定量地研究黑箱的功能特性、行為方式，從而探索其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和機理。1.21.2現(xiàn)代電子設(shè)計的特點現(xiàn)代電子設(shè)計的特點人類要改造自然，就要進行設(shè)計。把預(yù)定的目標經(jīng)過一系列規(guī)劃、分析和決策，產(chǎn)生相應(yīng)的文字、數(shù)據(jù)、圖形等信息，這就是設(shè)計。然后或通過實踐轉(zhuǎn)化為某項工程，或通過制造成為產(chǎn)品。產(chǎn)品設(shè)計過程從本質(zhì)上是一個創(chuàng)新過程，是將創(chuàng)新構(gòu)思轉(zhuǎn)化為有競爭力的產(chǎn)品的過程。從工程的角度來看，設(shè)計這個

5、詞有兩種概念。廣義的概念指的是發(fā)展過程的安排，包括發(fā)展的方向、程序、細節(jié)及達到的目標。狹義的概念指的是將客觀需求轉(zhuǎn)化為滿足該需求的技術(shù)系統(tǒng)的活動，各種產(chǎn)品包括電子產(chǎn)品的設(shè)計即屬此種概念。計，然后將各功能模塊按搭積木的方式連接起來構(gòu)成更大的功能模塊，直到構(gòu)成整個系統(tǒng)，完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計。這個過程從系統(tǒng)的最底層開始設(shè)計，直至完成頂層設(shè)計，因此將這種設(shè)計方法稱為自底向上的設(shè)計方法。用自底向上設(shè)計方法進行系統(tǒng)設(shè)計時，整個系統(tǒng)的功能驗證要在所有底

6、層模塊設(shè)計完成之后才能進行，一旦不滿足設(shè)計要求，所有底層模塊可能需要重新設(shè)計，延長了設(shè)計時間。自頂向下設(shè)計方法：自頂向下設(shè)計方法：目前VLSI系統(tǒng)設(shè)計中主要采用的方法是自頂向下設(shè)計方法，這種設(shè)計方法的主要特征是采用綜合技術(shù)和硬件描述語言，讓設(shè)計人員用正向的思維方式重點考慮求解的目標問題。這種采用概念和規(guī)則驅(qū)動的設(shè)計思想從高層次的系統(tǒng)級入手，從最抽象的行為描述開始把設(shè)計的主要精力放在系統(tǒng)的構(gòu)成、功能、驗證直至底層的設(shè)計上，從而實現(xiàn)設(shè)計、測

7、試、工藝的一體化。當前EDA工具及算法把邏輯綜合和物理設(shè)計過程結(jié)合起來的方式，有高層工具的前向預(yù)測(lookahead)能力，較好地支持了自頂向下設(shè)計方法在電子系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用。層次式設(shè)計方法：層次式設(shè)計方法：它的基本策略是將一個復(fù)雜系統(tǒng)按功能分解成可以獨立設(shè)計的子系統(tǒng)，子系統(tǒng)設(shè)計完成后，將各子系統(tǒng)拼接在一起完成整個系統(tǒng)的設(shè)計。一個復(fù)雜的系統(tǒng)分解成子系統(tǒng)進行設(shè)計可大大降低設(shè)計復(fù)雜度。由于各子系統(tǒng)可以單獨設(shè)計，因此具有局部性，即各子系統(tǒng)的

8、設(shè)計與修改只影響子系統(tǒng)本身，而不會影響其它子系統(tǒng)。利用層次性，將一個系統(tǒng)劃分成若干子系統(tǒng)，然后子系統(tǒng)可以再分解成更小的子系統(tǒng)，重復(fù)這一過程，直至子系統(tǒng)的復(fù)雜性達到了在細節(jié)上可以理解的適當?shù)某潭?。模塊化是實現(xiàn)層次式設(shè)計方法的重要技術(shù)途徑，模塊化是將一個系統(tǒng)劃分成一系列的子模塊，對這些子模塊的功能和物理界面明確地加以定義，模塊化可以幫助設(shè)計人員闡明或明確解決問題的方法，還可以在模塊建立時檢查其屬性的正確性，因而使系統(tǒng)設(shè)計更加簡單明了。將一個

9、系統(tǒng)的設(shè)計劃分成一系列已定義的模塊還有助于進行集體間共同設(shè)計，使設(shè)計工作能夠并行開展，縮短設(shè)計時間。嵌入式設(shè)計方法：嵌入式設(shè)計方法：現(xiàn)代電子系統(tǒng)的規(guī)模越來越復(fù)雜，而產(chǎn)品的上市時間(timetomarket)卻要求越來越短，即使采用自頂向下設(shè)計方法和更好的計算機輔助設(shè)計技術(shù)，對于一個百萬門級規(guī)模的應(yīng)用電子系統(tǒng)，完全從零開始自主設(shè)計是難以滿足上市時間要求的。嵌入式設(shè)計方法在這種背景下應(yīng)運而生。嵌入式設(shè)計方法除繼續(xù)采用自頂向下設(shè)計方法和計算機

10、綜合技術(shù)外，它的最主要的特點是大量知識產(chǎn)權(quán)(IntellectualPropertyIP)模塊的復(fù)用，這種ＩＰ模塊可以是RAM、CPU、及數(shù)字信號處理器等。在系統(tǒng)設(shè)計中引入IP模塊，使得設(shè)計者可以只設(shè)計實現(xiàn)系統(tǒng)其它功能的部分以及與IP模塊的互連部分，從而簡化設(shè)計，縮短設(shè)計時間。一個復(fù)雜的系統(tǒng)通常既包含有硬件，又有軟件，因此需要考慮哪些功能用硬件實現(xiàn)，哪些功能用軟件實現(xiàn)，這就是硬件軟件協(xié)同設(shè)計的問題。硬件軟件協(xié)同設(shè)計要求硬件和軟件同時進行

11、設(shè)計，并在設(shè)計的各個階段進行模擬驗證，減少設(shè)計的反復(fù)，縮短設(shè)計時間。硬件軟件協(xié)同是將一個嵌入式系統(tǒng)描述劃分為硬件和軟件模塊以滿足系統(tǒng)的功耗、面積和速度等約束的過程。嵌入式系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜度逐漸增長其發(fā)展的另一趨勢是系統(tǒng)中軟件實現(xiàn)功能增加，并用軟件區(qū)分不同的產(chǎn)品，增加靈活性、快速響應(yīng)標準的改變，降低升級費用和縮短產(chǎn)品上市時間?；诨贗PIP的系統(tǒng)芯片的系統(tǒng)芯片(S0C)(S0C)的設(shè)計：的設(shè)計：為了解決當前集成電路的設(shè)計能力落后于加工技